(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
前記一対の基板の各々の液晶層側に形成された電極パターンと、
前記一対の基板の少なくとも一方において前記電極パターンよりも液晶層側に形成され、赤外波長の光を吸収する成分を含んだ機能性材料膜と、
赤外波長の光を前記機能性材料膜に対して照射する装置とを含み、
前記赤外波長の光を吸収する成分がベンゾジフラノン化合物、又はポリアニリンのいずれかである液晶表示装置。
【請求項２】
前記機能性材料膜が、前記一対の基板の両方に形成された配向膜である請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
（ａ）各々が電極を備えた一対の基板を準備する工程と、
（ｂ）前記基板における各々の電極が形成された側に、赤外波長の光を吸収する成分を含んだ機能性材料膜を形成する工程と、
（ｃ）前記一対の基板を、前記機能性材料膜が形成された面同士を向かい合わせると共に、間隙を持って貼り合わせ、該間隙に液晶を狭持する工程とを含み、
前記赤外波長の光を吸収する成分がベンゾジフラノン化合物、又はポリアニリンのいずれかである液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】
前記機能性材料膜が、前記一対の基板の両方に形成された配向膜である請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に低温環境下での使用に適した液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ＬＣＤ）は、低温環境下において液晶粘度が高くなるために、そのレスポンスが極めて遅くなるという問題がある。レスポンスが遅いと動画像にボケが生じたり、前の画像が残ってしまったりし、表示品位を著しく損なう。特に車載、戸外表示板、携帯電話、携帯テレビなどに用いられる液晶表示装置において、低温環境下での応答速度の向上が望まれている。
【０００３】
その対策として、特開２００４−９３８４１号公報には、ガラス基板上に設けた平面発熱源により、液晶セル全体を加熱するパネルヒータを採用した液晶表示装置が提案されている。また、特開２００５−２４８６６号公報には、熱源として赤外線ＬＥＤを採用し、ライトガイドでセル全面に対して照射を行う液晶表示装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９３８４１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２００４−９３８４１号公報に記載の提案では、本来加熱すべき液晶層を直接加熱することが出来ず、ガラス基板や偏光板を介して加熱を行うため、熱効率が低い。従って、電力の限られた携帯機器においては採用が難しい。
【０００６】
特開２００５−２４８６６号公報に記載の提案では、照射された赤外線の吸収は主に偏光板で行われると考えられ、加熱すべき液晶層については液晶材料自身の赤外線吸収特性に依存するため、熱効率が低いと考えられる。
【０００７】
本発明の目的は、低温環境下での応答速度を向上させた液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、対向する一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記一対の基板の各々の液晶層側に形成された電極パターンと、前記一対の基板の少なくとも一方において前記電極パターンよりも液晶層側に形成され、赤外波長の光を吸収する成分を含んだ機能性材料膜と、赤外波長の光を前記機能性材料膜に対して照射する装置とを含み、前記赤外波長の光を吸収する成分がベンゾジフラノン化合物、又はポリアニリンのいずれかである液晶表示装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の観点によれば、（ａ）各々が電極を備えた一対の基板を準備する工程と、（ｂ）前記基板における各々の電極が形成された側に、赤外波長の光を吸収する成分を含んだ機能性材料膜を形成する工程と、（ｃ）前記一対の基板を、前記機能性材料膜が形成された面同士を向かい合わせると共に、間隙を持って貼り合わせ、該間隙に液晶を狭持する工程とを含み、前記赤外波長の光を吸収する成分がベンゾジフラノン化合物、又はポリアニリンのいずれかである液晶表示装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
低温環境下において、液晶表示装置の応答速度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に、実施例による液晶表示装置の概略断面図を示す。本発明の実施例による液晶表示装置は、主に液晶表示部１０１と、ライトユニット１０２（ここではバックライトユニット）で構成される。ライトユニット１０２の光源は、例えば通常のバックライトで用いるＬＥＤと、近赤外線を照射するＩＲ（赤外）ＬＥＤとで構成される。液晶表示部１０１とライトユニット１０２との間に拡散板１０３を設ける。
【００１２】
通常のＬＣＤは液晶をガラス基板で挟む。ガラス基板の、波長３μｍ程度以上の赤外線透過率は低い。赤外線を用いて配向膜を加熱する場合、ガラス基板では吸収されず、配向膜で吸収されることが望ましい。
【００１３】
発明者らは、ガラス基板での吸収を低減するために波長３μｍ以下の近赤外線を用い、さらに、配向膜に近赤外線を吸収する材料を添加して、約３μｍ以下の近赤外線を配向膜で吸収させ、液晶表示部の応答速度の向上を図ることを企図した。近赤外線を照射することにより、ガラス基板を透過した近赤外線が、配向膜に直接吸収され、その吸収された光のエネルギーによって液晶層に接する配向膜を加熱し、その熱で液晶層を加熱することが狙いである。従って、ライトユニット１０２には、少なくとも１種類の近赤外発光装置が含まれる。一般的な近赤外線発光装置としては、波長７８０ｎｍ〜９６０ｎｍの近赤外ＬＥＤ（発光層：ＧａＡｓ系化合物半導体等）が用いられる。ここでは、出力５０ｍＷ、ピーク波長８８０ｎｍの赤外ＬＥＤを用いる。
【００１４】
図２に、液晶表示部１０１の断面図を示し、その作成方法について説明する。ここでは液晶セルがＴＮ（ツイステッドネマチック）液晶セルである液晶表示部１０１の態様を述べる。
【００１５】
２つのガラス基板１Ａ、１Ｂの各々の上に透明であるＩＴＯ膜をＣＶＤ、蒸着、スパッタなどにより形成し、フォトリソグラフィーにて所望のＩＴＯ電極パターン２および外部取出し配線２ｌを形成する。ＩＴＯ電極パターン２が付いたガラス基板上にフレキソ印刷にて絶縁膜４を形成する。この絶縁膜４は必須では無いが、上下基板間の短絡防止のため形成することが望ましい。絶縁膜形成方法としてフレキソ印刷の他に、メタルマスクを用い、蒸着やスパッタなどの方法を行っても良い。
【００１６】
次に、絶縁膜４の上に絶縁膜４とほぼ同じパターンの配向膜５をスピンコートで形成する。この配向膜５形成の際に、固化する前の配向膜材料に近赤外線吸収材料を５ｗｔ％攪拌しながら添加する。近赤外線吸収材料については後述する。ここでは、スピンナー回転数：２０００ｒｐｍで３０秒スピンコートを行い、厚さ７００Å程度の配向膜５を形成する。なお、配向膜５の形成はフレキソ印刷、インクジェット印刷等でも良い。配向膜材料として実施例１ではＳＥ−４１０（日産化学製）を用いる。
【００１７】
次にラビング処理を施す。ラビングは布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ、配向膜５上を擦る工程である。ラビングは、上下基板間の液晶３の捩れ角が９０°（左捩れ）になるよう処理を行う。なお、ＴＮ−ＬＣＤの場合、プレチルト角が低い（基板平面に対して２°以下）ことが好ましい。
【００１８】
シール材６を所定のパターンにスクリーン印刷する。シール材６の形成にはスクリーン印刷の代わりにディスペンサを用いても良い。シール材には熱硬化性のＥＳ−７５００（三井化学製）を用いるが、光硬化性のものや、光・熱併用型シール材でも良い。このシール材６には直径６μｍの大きさのグラスファイバーを数％含んでいる。
【００１９】
導通材７を所定の位置に印刷する。ここではシール材ＥＳ−７５００に６．５μｍのＡｕ鍍金を施したスチレンボールを数％含んだものを導通材７として所定の位置にスクリーン印刷する。
【００２０】
シール材パターン６及び導通材パターン７は上側の基板１Ｂにのみ形成し、下側の基板１Ａにはギャップコントロール材を乾式散布法にて散布する。ギャップコントロール材には６μｍのプラスチックボールを用いるが、シリカから成る真絲球を用いても良い。
【００２１】
２つの基板１Ａ、１Ｂを、配向膜５が内側になるよう所定の位置で重ね合わせセル化し、プレスした状態で熱処理によりシール材６を硬化する。
【００２２】
次にスクライバー装置によりガラス基板に傷をつけ、ブレイキングにより所定の大きさ、形に分割して空セルを作成する。
【００２３】
上記の空セルに毛細管現象を利用した注入法で液晶３を注入し、その後エンドシール材で注入口を封止する。その後ガラス基板の面取りと洗浄を行い、液晶セル１０１ｃを作成する。上下ガラス基板外側にパラレルニコル又はクロスニコル配置の偏光板８を配置するとＬＣＤ１０１となる。
【００２４】
配向膜に添加する近赤外線吸収材料について説明する。発明者らは、近赤外線吸収材料として、ベンゾジフラノン化合物（材料Ａとする）およびポリアニリン（材料Ｂとする）をそれぞれ配向膜に添加した上記液晶表示装置のサンプルＳＡ（材料Ａを添加した配向膜を有する液晶セル）、ＳＢ（材料Ｂを添加した配向膜を有する液晶セル）を作製した。偏光板は配置してない。
【００２５】
これら液晶セル１０１ｃのサンプルＳＡ、ＳＢについて、分光透過率を測定した。
【００２６】
図３Ａに、測定系を示す。図示のように、液晶セル１０１ｃの下（背面）基板側に分光機能付き投光機９、上（前面）基板側に検光機１０を配置する。電圧無印加時における液晶表示部１０１通過前の投光機９からの光強度を１００％とした場合の検光機１０で検出される光の強度を透過率（％）として測定した。
【００２７】
図４に、サンプルの可視領域〜近赤外領域の分光透過率を示す。比較例として近赤外線吸収材料を添加していない配向膜を有する液晶セルの分光特性を示す。図４に示すように、配向膜に近赤外線吸収材料を添加した液晶セルＳＡ、ＳＢの方が、近赤外領域の透過率が低い。このデータから、材料Ａおよび材料Ｂが近赤外線を吸収していることが分かる。
【００２８】
次に、上記の液晶セルのサンプルに偏光板８をパラレルニコル配置で貼り付け、ＴＮモードの液晶表示部１０１を作製した。作製した液晶表示部１０１の低温（−３０℃）下での電圧−透過率特性を測定した。
【００２９】
図３Ｂに測定系を示す。測定にはＬＣＤ−５０００（大塚電子製）を用いた。まず、液晶表示部１０１に印加する電圧を変化させると共にＩＲ−ＬＥＤ（出力５０ｍＷ、ピーク波長８８０ｎｍ）から近赤外線を照射した。液晶セルとＩＲ−ＬＥＤとの距離は約５０ｍｍである。その状態で、投光機９から発せられ、液晶表示部１０１を通過した光を検光機１０にて測定し、電圧−透過率特性の測定を行った。
【００３０】
図５に、電圧−透過率特性を示す。図示のように、近赤外線吸収材料を添加した配向膜を有する液晶表示部（ＳＡ、ＳＢ）と、そうでない液晶表示部との間に電圧−透過率特性の大きな差は見られなかった。
【００３１】
次に、上記電圧−透過率特性から最大コントラストを得られる最適電圧を求め、背面側から液晶表示部の液晶層に向けて近赤外線を照射しつつ、１／４Ｄｕｔｙ駆動、最適電圧でのレスポンス特性の測定を低温下（−３０℃）で行った。レスポンスの測定は、近赤外線照射前（照射時間０）と照射後１分、２分、３分、４分、１０分後にそれぞれ行った。
【００３２】
図６に、サンプルのレスポンス特性を示す。縦軸は液晶の立ち上がり時間（ｍｓｅｃ）、横軸は近赤外線ＬＥＤの照射時間（分）である。図示のように、サンプルＳＡ、ＳＢの方が比較例より立ち上がり時間が短い。また、近赤外線ＬＥＤ照射時間１分程度まで急激に立ち上がり時間が短縮され、その後飽和していることから、液晶表示装置起動後短時間でレスポンス時間が短縮されると言える。
【００３３】
発明者らは、近赤外線吸収材料を配向膜に添加することによって、配向膜中の近赤外線吸収材料が近赤外線を吸収し、吸収した近赤外線のエネルギーが熱エネルギーとなって配向膜、そして配向膜に接触する液晶層を加熱し、液晶の応答時間を短縮させたと考察した。  
（近赤外線吸収材料の他の例）
なお、材料Ａには有機溶剤などへの溶融性が良い、材料Ｂには耐熱性が高い（３００℃程度）という特徴があり、類似する特徴を有する物質であれば近赤外吸収材料として適用可能であろう。実施例に適用できる近赤外吸収材料を列挙すると、ベンゾジフラノン化合物、ポリアニリン、シアニン系色素、ポリメチン系色素、フタロシアニン化合物、アミニウム化合物、ジイモニウム化合物、ニッケル−ジチオール化合物、アジド化合物、インモニウム系色素、ジインモニウム系色素、トリアリルメタン系色素、ナフトキノン系色素、アントラキノン系色素、スクアリリウム系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ニッケル−ジチオール錯体系色素が挙げられる。
【００３４】
図７に、応用例として考えられる液晶表示装置を示す。図７に示した液晶表示装置は道路の戸外表示板である。戸外表示板は、低温環境下においても素早く表示を行う必要がある。例えば速度規制を超えている自動車に対して、速度超過をセンサで感知した後、「スピード落とせ」などの表示を行いたい場合、液晶の動作が遅いと、表示を行う前に車が通り過ぎてしまう可能性があるからである。本発明を適用すれば、液晶の動作速度が速くなり、寒冷地においても良好な表示機能が維持できるであろう。
【００３５】
さらに、低温下で液晶表示部１０１に印加する電圧がＯＦＦ時であっても、赤外ＬＥＤを点灯させておけば、液晶層は冷えることなく、液晶表示部１０１に表示信号入力があった際に速やかに応答することが出来るであろう。
【００３６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【００３７】
図８Ａ、図８Ｂに、ライトユニット１０２の他の形態を示す。図８Ａに示すように、ライトユニット１０２として、サイドライトユニット（冷陰極管等と赤外線光源を混在させたユニット）１０２の光を横方向から導光板１０３ｂに照射し、液晶表示部１０１のある上方向に光を導光させる形態でも良い。
【００３８】
また、図８Ｂに示すように、液晶表示部１０１の前面から導光板１０３ｂにてライトユニット（導光板の横に配置する。冷陰極管等と赤外線光源を混在させたユニット）１０２からの光を曲げて照射し、背面に反射板１０４を置き、光を反射させて液晶表示部１０１に照射させるフロントライトユニットの形態でも良い。通常、反射モードの液晶表示装置では、白熱灯のようなバックライトが無いことにより、液晶層が温まらない。しかしこの応用例のように、ライトユニットに赤外ＬＥＤを組み込めば、赤外光により機能性材料膜、そして温められた機能性材料膜により液晶層が温められるので、他の加熱装置を用いることなく、低消費電力で加温することが出来、応答性能を維持出来る。
【００３９】
液晶の液晶セルへの注入法は、真空注入法や滴下注入法（ＯＤＦ）でも良い。真空注入法を用いる場合、注入口は１つで良い。滴下注入法の場合は注入口を設けず、上下基板を貼り合わせる前に液晶の滴下注入を行う。
【００４０】
また、赤外線光源の光は、偏光スプリッタなどを利用して偏光板透過軸と平行な直線偏光とすることで、偏光板での吸収による熱効率の低下を抑制できるであろう。
【００４１】
明細書中では配向膜に近赤外線吸収材料を添加したが、近赤外吸収のための膜（この膜も配向膜や絶縁膜同様に機能性材料膜と言えよう）を配向膜とは別に液晶セル中に形成しても良い。
【００４２】
さらに、液晶セルのモードがＴＮの場合について説明したが、Ｓ（スーパー）ＴＮ、垂直配向、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ）、ＰＮ（Ｐｏｌｙｍａｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＧＨ（Ｇｕｅｓｔ  Ｈｏｓｔ）モード他全ての液晶セルのモードに実施例は適用可能であろう。
【００４３】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、液晶表示装置の概略断面図である。
【図２】図２は、液晶表示部の断面図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、測定系の概略図である。
【図４】図４は、波長に対する分光透過率のグラフである。
【図５】図５は、サンプルの電圧−透過率特性である。
【図６】図６は、サンプルのレスポンス特性を示すグラフである。
【図７】図７は、液晶表示装置を適用した戸外表示板である。
【図８】図８Ａおよび図８Ｂは、ライトユニットの例である。
【符号の説明】
【００４５】
１Ａ、１Ｂ  基板
２  電極
２ｌ  配線
３  液晶
４  絶縁膜
５  配向膜
６  シール材
７  導通材
８  偏光板
９  投光機
１０  検光機
１０１  液晶表示部
１０１ｃ  液晶セル
１０２  ライトユニット
１０３  拡散板
１０３ｂ  導光板
【図１】
0005237625.tif 000002
【図２】
0005237625.tif 000003
【図３】
0005237625.tif 000004
【図４】
0005237625.tif 000005
【図５】
0005237625.tif 000006
【図６】
0005237625.tif 000007
【図７】
0005237625.tif 000008
【図８】
0005237625.tif 000009